JPH1048954A - マグネットロール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】現像装置の小型化ができ、連続印字によっても
カブリ、濃度ムラのない画像が得られる現像ロールを提
供する。 【解決手段】円柱状に形成した永久磁石部材に軸線と並
行に延びる磁極を円周方向にＮ，Ｓ交互に設け、円周面
に少なくとも導電性粒子を含有する厚さ１０〜１０００
μｍの樹脂層を被着させる。また被着させた樹脂層を軸
基準にて外周形磨する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、静電荷像を担持す
る像担持手段の表面に形成された静電荷像を、円筒状に
一体に成形された永久磁石部材からなる現像剤支持手段
の表面に吸着保持された磁性現像剤を使用して現像する
現像装置を構成するマグネットロールに関するものであ
り、特に連続印字によってもカブリ、濃度ムラの発生を
防止し、現像性を向上させ得るマグネットロールに関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来電子写真や静電記録を利用した画像
形成方法においては、光導電体若しくは誘電体等からな
る画像担持体の表面に形成された静電荷像を、例えば永
久磁石部材を内蔵すると共にこの永久磁石部材と相対回
転自在に嵌挿してなるスリーブからなる現像手段を使用
し、磁性現像剤からなる所謂磁気ブラシによって摺擦し
てトナー像として現像する。次いでこのトナー像を直接
定着するか、若しくはトナー像を普通紙などの転写シー
ト上に転写した後定着して最終画像を得ている。

【０００３】図３は従来の現像方法の例を示す要部横断
面図である。図３において１は現像剤槽であり、磁性現
像剤２を収容すると共に、その下方に複数個の永久磁石
３を備え円柱状に形成した永久磁石部材４と、非磁性金
属材料（例えばＳＵＳ３０４）により中空円筒状に形成
したスリーブ５とを同軸的にかつ相対回転自在に構成し
てなる現像ロール６を設ける。

【０００４】７は感光体ドラムであり、矢印方向に回転
自在に形成し、現像ロール６と間隙ｇを介して対向させ
てある。８はドクターブレードであり、現像剤槽１に設
けられ、現像ロール６と間隙ｔを介して対向させ、スリ
ーブ５上に吸着される磁性現像剤の層厚を規制するもの
である。９は直流電源であり、感光体ドラム７とスリー
ブ５との間に接続し、バイアス電圧を印加するためのも
のである。なお間隙ｇは前記間隙ｔより若干大に形成す
る。

【０００５】上記の構成により、永久磁石部材４を固定
してスリーブ５を矢印方向に回転させると、磁性現像剤
２がスリーブ５上に吸着されて搬送され、感光体ドラム
７と対向する現像領域に至ると、感光体ドラム７上に形
成されている静電荷像とバイアスによる電界によって、
磁性現像剤２が永久磁石部材４によるスリーブ５への吸
着力に打ち勝って転移する。これにより静電荷像を現像
することができるのである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のような現像方法
においては、スリーブ５の外周面は磁性現像剤２を永久
磁石部材４による磁気的吸引力によって吸着し、摩擦力
によって搬送するのであるが、搬送性を向上させるため
に、例えばブラスト加工を施すことにより表面の粗さを
大に形成してあるのが通常である。しかしながら使用中
に摩耗が進行し、摩擦係数が変化し、若しくは局部的変
化も発生することにより、吸着される磁性現像剤２の層
厚が変化し、現像性が低下するという問題点がある。

【０００７】なお磁性現像剤を吸着支持して搬送する現
像ロール６は、永久磁石部材４とスリーブ５とを同軸的
に組合わせて構成するものであるため、加工組立が煩雑
であると共に、製作コストが嵩むという問題点がある。

【０００８】そこでプリンター等の小型化のため、現像
ロール６を構成するスリーブ５を省略し、永久磁石部材
４のみを回転状態で使用し、静電荷像を磁気ブラシ法に
よって現像する現像方法も提案されている（例えば特開
昭６２−２０１４６３号公報参照）。このような現像方
法においては、磁性現像剤からなる磁気ブラシの高さの
半分程度が感光体ドラム７の表面と接触するようになっ
ている。

【０００９】しかしながら上記のようなスリーブ５を省
略した形態の磁気ブラシ現像方法においては、永久磁石
部材４の磁極上と磁極間とにおける磁気ブラシの高さお
よび現像性に差があるため、画像濃度にムラが生じ、特
に中間調の画像を現像する場合において画質が低下する
という問題点がある。一方上記のような濃度ムラを解消
するために、永久磁石部材４の回転数を大にすると、駆
動トルクが大になると共に、騒音が発生するという問題
点があり、好ましくない。

【００１０】このため永久磁石部材４の周速Ｖｍは、感
光体ドラム７の周速Ｖｐに対して、ＶｍがＶｐの約 1.5
倍以上になるように設定するのが通常である。しかしな
がら永久磁石部材４の表面に吸着支持された磁性現像剤
は、感光体ドラム７の表面を常に摺擦するため、磁性現
像剤が永久磁石部材４の回転方向に掃き寄せられた状態
の画像となり、高画質のものが得られないという欠点が
ある。

【００１１】上記欠点を解決するために、磁性現像剤の
移動速度と感光体ドラム７との間の速度比を１ないし
1.9未満とする提案がされている（特公昭６３−３９９
１０号公報、特開平６−２７４０２５号公報参照）。し
かしながらこれらの提案のものは、何れも永久磁石部材
とスリーブとを同軸的に組合わせた構成のものであり、
前記のように加工組立が煩雑であるという問題点があ
る。特に前者のものにおいては、磁石と非磁性円筒の両
者を回転させる構成のものであるため、駆動系の構成が
更に煩雑となり、小型化しにくいという欠点がある。

【００１２】なお前記のように永久磁石部材４の周速Ｖ
ｍを大にすると、特にベタ黒部を有する画像の場合にお
いて、その後端部の濃度が高くなり、濃度ムラを発生す
るという問題点がある。

【００１３】更にスリーブ５を省略し、永久磁石部材４
を例えばフェライト磁石によって形成した型式のものに
おいては、フェライト磁石の電気抵抗が高いため、現像
領域において現像電流が流れにくく、現像性が低いとい
う問題点がある。この対策として永久磁石部材４の表面
に導電性材料からなるメッキ層を設ける手段もあるが、
メッキ層の厚さは通常は小なるものであるため、永久磁
石部材４の振れが大なる場合には画像の濃度ムラを解消
することができないという問題点がある。

【００１４】また最近においては、電子写真の高画質化
のためにトナーの小粒径化の傾向があり、例えば平均粒
径が 4.5〜８μｍのような微粒のものが使用されてい
る。しかしながら、このような微粒のものは、体積当り
の表面積が大であるため、粒径の大なるものと比較して
質量当りの摩擦帯電による電荷量が大（チャージアッ
プ）となり、それ自身の鏡映力によって現像ロールの表
面に強く拘束される。このため微粒層が形成された部分
の上に存在するトナーは、現像ロールと充分な摩擦帯電
ができないために、像担持体上に形成された静電荷像に
付着しにくくなり、現像性が低下するという問題点があ
る。この現象は連続印字を行った場合に顕著に現われ、
カブリ、濃度ムラが発生する。

【００１５】本発明は、上記従来技術に存在する問題点
を解決し、現像装置の小型化が可能であると共に、連続
印字によってもカブリ、濃度ムラの発生を防止し、現像
性を向上させ得るマグネットロールを提供することを課
題とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明においては、円柱状に形成した永久磁石部材
に軸線と平行に延びる磁極を円周方向にＮ，Ｓ交互に設
け、円周面に少なくとも導電性粒子を含有する厚さ１０
〜１０００μｍの樹脂層を被着させる、という技術的手
段を採用した。

【００１７】本発明における永久磁石部材は、フェライ
ト磁石のみに限らず、磁性粉と樹脂材料とを主成分とす
る樹脂磁石であってもよい。またこの永久磁石部材は、
シャフトの外周に上記磁石をロール状に一体に形成した
ものでも、あるいはシャフトを含めて全体を磁石材料で
形成したものでもよい。但し、この永久磁石部材は、現
像ムラを防止するために、円周方向および軸方向に継目
がなく、全体が一体に形成されていることが好ましい。
なお上記永久磁石部材は、現像装置の小型化を図るため
に、直径を６〜３０mmに形成することが好ましい。

【００１８】上記永久磁石部材の表面には、異極性の磁
極が微小間隔を置いて円周方向に交互に配設されている
ため、磁極数が増加すると表面磁束密度が減少する。一
方磁性現像剤の飛散防止の点から、永久磁石部材の表面
磁束密度は２００Ｇ以上であることが好ましく、またト
ナーが像担持体の表面に形成された静電荷像に付着し易
くするために８００Ｇ以下であることが好ましい。また
永久磁石部材表面の磁極間ピッチは上記表面磁束密度２
００〜８００Ｇに対応する範囲、すなわち磁極間ピッチ
1.0〜3.0 mmとすることが好ましい。

【００１９】次に本発明において、バイアス電圧を印加
する場合には、上記樹脂層から直接印加してもよいし、
少なくとも表面を導電性に形成したシャフトを介して上
記樹脂層から印加してもよい。あるいはドクターブレー
ドから印加してもよく、この場合ドクターブレードは金
属等の導電性材料によって形成すればよい。

【００２０】上記バイアス電圧としては、直流電圧単独
若しくは直流電圧と交流電圧とを重畳させて印加する
が、直流電圧に重畳させる交流電圧は、通常使用されて
いる５００〜１０００Ｈｚのものより更に低周波のもの
がよく、永久磁石部材の磁極数Ｍ、周速Ｖｍ（mm／
秒）、直径Ｄ（mm）によって定まるｆ＝Ｍ・Ｖｍ／π・
Ｄ（Ｈｚ）とし、ピーク・トゥ・ピーク電圧Ｖ_p-p は１
００〜８００Ｖとするのがよい。

【００２１】次に本発明において永久磁石部材の表面に
被着させる樹脂層を構成する樹脂材料としては、ポリア
ミド、ポリカーボネート、ポリフェニリンサルファイ
ド、アクリル等の熱可塑性樹脂や、メラミン、フェノー
ル、シリコーン等の熱硬化性樹脂を使用できる。

【００２２】また上記樹脂層は、被着性、耐久性を考慮
して厚さを１０〜１０００μｍに好ましくは５０〜２０
０μｍに形成する。すなわち厚さが１０μｍ未満では剥
離し易く、安定性に乏しく、一方厚さが１０００μｍを
超えると、特に磁極間ピッチが小なる場合において、現
像ロール上の表面磁束密度を所定の値に確保できなくな
るため好ましくない。

【００２３】次に樹脂層の表面粗さ（JIS B 0601で定め
られた十点平均粗さで記号Ｒｚで表す）は１〜３０μｍ
に形成するが、この範囲を外れると表面に吸着して搬送
すべき磁性現像剤の搬送量が適正な値にならず、カブリ
やゴーストの原因となり易いため好ましくない。

【００２４】また樹脂層中には導電性粒子を含有させ、
電気抵抗を１０³ 〜１０⁶ Ωに形成することが好まし
い。すなわち電気抵抗が１０³ Ω未満であると、導電性
粒子が多くなるため、永久磁石部材の表面への接着強度
が低下するため好ましくない。一方電気抵抗が１０⁶ Ω
を超えると、チャージがリークしにくくなり、トナーが
チャージアップしすぎて現像ロールから離れにくくな
り、画像濃度の低下やゴーストの原因となるため不都合
である。

【００２５】図２は永久磁石部材４の表面に被着した樹
脂層の電気抵抗の計測手段を示す説明図である。図２に
おいて、１２は測定用端子であり、導電テープにより１
０mm角に形成し、永久磁石部材４の樹脂層の表面に１０
mmの間隔で貼着する。なお測定用端子１２は他の導電材
料によって形成し、治具等によって着脱されるようにし
てもよい。

【００２６】上記測定用端子１２，１２間に直流電源１
３から１００μＡの電流を流した時の電圧Ｖ（ボルト）
を測定し、この電圧から電気抵抗Ｒを算出する。すなわ
ち、Ｒ＝（Ｖ／１００）×１０⁶ ＝１０⁴ Ｖ（Ω）とす
る。

【００２７】樹脂層中に含有させる導電性粒子として
は、カーボンブラック、カーボンファイバー、金属粉末
等を使用することができ、樹脂１００重量部に対して１
０〜１５０重量部とするのがよい。これらの導電性粒子
は、樹脂層内への分散および特性の点から、粒径を0.1
〜１０μｍとするのが好ましい。これらの導電性粒子を
含有させた樹脂材料による樹脂層の形成手段としては、
スプレー法、粉体塗装法等の公知の手段を適用できる。
なお樹脂層中には、必要に応じて帯電制御剤等の添加を
することができる。

【００２８】また永久磁石部材を回転させた時の円周面
の振れや、樹脂層をコーティングする時の層厚のバラツ
キ等が画像に現われるような場合、あるいは高画質を求
める場合においては、樹脂層の形成後、軸基準にて樹脂
層の一部を外周研磨することにより、振れ等を極めて小
なる値に抑制することができる。外周研磨時における砥
石の粗さ、切込量、送り速度等の研磨条件により、樹脂
層の表面粗さを調整することができる。さらに、樹脂層
中には必要に応じて帯電制御剤等の添加も行なうことが
できる。

【００２９】本発明において磁性現像剤としては、磁性
トナーのみからなるものは勿論、磁性トナーと磁性キャ
リアとの混合粉体（トナー濃度１０〜９０重量％）およ
び非磁性トナーと磁性キャリアとの混合粉体（トナー濃
度５〜６０％）のものを使用できる。

【００３０】磁性現像剤として二成分系現像剤を使用す
る場合は、予め所定のトナー濃度に調整されたものを現
像剤槽内に投入するか、または永久磁石部材の表面にキ
ャリアを付着させておき、その後現像剤槽内にトナーの
みを補給するようにすればよい。これにより、トナー濃
度制御手段が不要となり、現像装置の小型化が図れる。

【００３１】磁性現像剤を構成するキャリアとしては、
平均粒径が１０〜１５０μｍの磁性粒子（鉄粉、フェラ
イト、マグネタイト、樹脂中に磁性粉が分散されたバイ
ンダー型粒子等）を使用することができる。なおキャリ
アは、球形のものより偏平状のものが、キャリア付着が
生じにくいため好ましい。

【００３２】更にキャリアの平均粒径は１０〜１００μ
ｍのものが好ましい。これは平均粒径が１００μｍ以下
であると、トナーの帯電量が充分に得られるが、平均粒
径が１０μｍより小であるとキャリア付着が生じ易くな
るからである。

【００３３】なおキャリアは上記の磁性粒子を２種以上
混合したものでもよい。例えば平均粒径が６０〜１２０
μｍの大粒径の磁性粒子と、平均粒径が１０〜５０μｍ
の小粒径の磁性粒子とを、あるいは平均粒径が１０〜５
０μｍの小粒径のバインダー型磁性粒子とを混合しても
よい。混合比率は磁性粒子の大きさや磁気特性などを考
慮して定めればよい。

【００３４】次に上記キャリアと混合させるべきトナー
は、転写性を向上させる点から体積固有抵抗が１０¹⁴Ω
・cm以上の絶縁性のものが好ましく、またキャリアとド
クターブレードとの摩擦により帯電し易いもの（摩擦帯
電量が絶対値で１０μｃ／ｇ以上）が好ましい。

【００３５】トナーの組成は通常使用されるトナーと同
様に、結着樹脂（スチレン−アクリル系共重合体、ポリ
エステル樹脂等）、着色剤（カーボンブラック等、但し
後述する磁性粉としてマグネタイトを使用する場合には
特に添加しなくてもよい）を必須成分とし、任意成分と
して磁性粉（マグネタイト、ソフトフェライト等）、帯
電制御剤（ニグロシン、含金属アゾ染料等）、離型剤
（ポリオレフィン等）、流動化剤（疏水性シリカ）を含
有（内添および／または外添）したものを使用できる。
なお磁性トナーとする場合は、磁性粉が少ないとトナー
飛散が多くなり、一方磁性粉が多いと定着性が低下する
ので、２０〜７０重量％の範囲とするのが好ましい。ま
た着色剤を適宜選定することにより、カラートナーを作
製することもできる。

【００３６】なお上記磁化の値の測定は、振動試料型磁
力計（東英工業製ＶＳＭ−３型）を使用し、トナーの平
均粒径（体積）は、粒度分析計（コールターエレクトロ
ニクス社製コールターカウンターモデルＴＡ−II）を使
用して測定した。

【００３７】なお体積固有抵抗は、ＤＣ４ＫＶ／cmの電
場で、内径3.０５mmのテフロン（商品名）製シリンダー
中に試料を１０数mg充填し、１００ｇｆの荷重を印加し
て、絶縁抵抗計（横河ヒューレットパッカード製４３２
９Ａ型）により測定した値である。更に摩擦帯電量は市
販のブローオフ摩擦帯電量測定器（東芝ケミカル製ＴＢ
−２００型）により、トナー濃度５％（標準キャリアと
してフェライトキャリア（日立金属製ＫＢＮ−１００）
を使用）にて測定した値である。

【００３８】上記の構成により、スリーブを欠如する構
成の現像剤支持手段である小型のものを使用しても、地
カブリ、チリ、細線ムラおよび濃度ムラのない高品質の
画像を現像することができるのである。

【００３９】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施施の形態にお
ける現像手段の例を示す要部横断面図であり、同一部分
は前記図３と同一の参照符号で示す。図１において永久
磁石部材４は体積固有抵抗が１０⁶ Ω・cmを超える半導
電性ないし絶縁性の例えば等方性フェライト磁石により
形成し、外周面に軸方向に延びる複数個の磁極を設け、
円柱状に形成し、現像剤槽１の下方に回転自在に設け
る。そしてこの永久磁石部材４の表面には、導電性粒子
を含有する樹脂層（図示せず）を被着させる。

【００４０】直流電源９は、ドクターブレード８と感光
体ドラム７との間に接続すると共に、永久磁石部材４の
表面に吸着搬送される磁性現像剤２と感光体ドラム７と
の間に、直流バイアスに交流バイアスを重畳させた交互
電界を印加可能に形成する。

【００４１】

【実施例】上記のように構成した現像手段により、磁性
トナーと磁性キャリアとを混合してなる磁性現像剤２を
使用して画像形成した結果について記述する。

【００４２】まず磁性トナーは，重量比でスチレン−ア
クリルｎブチルメタクリレート共重合体（Ｍｗ＝２１
万、Ｍｎ＝１万６千）５７部、磁性粉（戸田工業製 Ｅ
ＰＴ５００）４０部、ポリプロピレン（三洋化成製 Ｔ
Ｐ３２）２部、帯電制御剤（オリエント化学製 ボント
ロン Ｅ８１）１部を配合し、加熱混練、冷却固化、粉
砕および分級して平均粒径１０μｍに形成し、この粒子
１００部に対し、表面に流動化剤（日本アエロジル製
Ｒ９７２） 0.5部を外添した。体積固有抵抗は５×１０
¹⁴Ω・cm、摩擦帯電量は−２２μｃ／ｇであった。

【００４３】次に磁性キャリアとしてはシリコーン樹脂
を被覆したフェライトキャリア（日立金属製 ＫＢＮ−
１００）により、平均粒径５０μｍに形成した。体積固
有抵抗は１０⁸ Ω・cmであった。なお体積固有抵抗は前
記トナーにおけると同様にして（但しＤＣ１００Ｖ／cm
の電場で）測定したものである。

【００４４】上記磁性トナーと磁性キャリアとを混合し
てトナー濃度５０重量％の磁性現像剤とした。一方感光
体ドラム７はＯＰＣにより形成し、表面電位−６００
Ｖ、周速を６０mm／秒とした。永久磁石部材４はフェラ
イト磁石（日立金属製 ＹＢＭ−３）により外径３０m
m、Ａ４サイズ用に形成した。次にエポキシ樹脂１００
重量部、カーボンブラック２３〜５０重量部を溶融混練
後、冷却固化、粉砕処理を行なって１０〜４０μｍの粉
体とし、この粉体を静電粉体塗装により永久磁石部材４
の表面に付着させ、加熱処理により厚さ５０〜１０００
μｍの樹脂層を形成させた。その後外周研磨により、振
れを0.03mm以内とした。なお永久磁石部材４には、円周
方向等間隔に３０極の磁極を着磁し、表面磁束密度を５
００Ｇとした。また比較例として樹脂層を欠如するも
の、および樹脂層の厚さが１２００μｍのものを作成し
た。

【００４５】次に現像ギャップ（ｇ） 0.4mm、ドクター
ギャップ（ｔ） 0.3mmとし、真鍮からなるドクターブレ
ード８から直流バイアス電圧−５００Ｖを印加した。こ
の場合、画像品質の点からｇ−ｔ＝ 0.2±0.15mmとする
ことが好ましい。表１は現像後の画像をコロナ転写し、
温度１８０℃、線圧１kg／cmでヒートロール定着した場
合の画像評価結果を示す表である。なお現像、定着の環
境は、２０℃、６０％Ｒ．Ｈ．であった。

【００４６】

【表１】

【００４７】表１において、回転方向の欄におけるＷ，
Ｃは、永久磁石部材４の回転方向が図１において反時計
方向および時計方法であることを示す。また周速比は、
永久磁石部材４の周速の感光体ドラム７の周速に対する
比を示している。

【００４８】表１から明らかなように、まずＮo.１にお
いては、永久磁石部材４の表面に導電性を有する樹脂層
を欠如するため、画像濃度が低いのみならず、カブリ、
濃度ムラおよびキャリア付着が発生している。

【００４９】次にＮo.13においては、樹脂層が厚すぎる
ため表面磁束密度が低下し、カブリとキャリア付着が発
生している。なおＮo.12においては画像濃度は良好であ
るものの、表面磁束密度がやや低く、カブリおよびキャ
リア付着が若干認められ、樹脂層の厚さの限界であるこ
とが示される。

【００５０】一方Ｎo.５，６においては、樹脂層の電気
抵抗が大であるため、画像濃度が低いのみならず，カブ
リ、濃度ムラの発生が認められている。これらのものに
対して、Ｎo.２〜４およびＮo.７〜１１においては、カ
ブリ、濃度ムラおよびキャリア付着のない高画質の画像
が得られている。

【００５１】

【発明の効果】本発明は以上記述のような構成および作
用であるから、下記の効果を奏し得る。

【００５２】(1) 現像ロールの構成部材を永久磁石部材
のみとしたものであるため、現像装置を小型化すること
ができ、画像形成装置全体を小型化することができる。 (2) 永久磁石部材の表面に導電性の樹脂層を被着させた
構成であるため、トナーのチャージアップを防止し、連
続印字によってもカブリ、濃度ムラのない高品質の画像
が得られる。

【００５３】(3) 現像ギャップを大にしても安定した高
品質の画像を得ることができる。 (4) 磁性現像剤中のトナー濃度を広い範囲に設定できる
ため、例えばトナー濃度制御手段を使用する必要がな
く、装置全体をコンパクト化し得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態における現像手段の例を示
す要部横断面図である。

【図２】永久磁石部材４の表面に被着した樹脂層の電気
抵抗の計測手段を示す説明図である。

【図３】従来の現像方法の例を示す要部横断面図であ
る。

【符号の説明】

４ 永久磁石部材 ７ 感光体ドラム

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円柱状に形成した永久磁石部材に軸線と
   平行に延びる磁極を円周方向にＮ，Ｓ交互に設け、円周
   面に少なくとも導電性粒子を含有する厚さ１０〜１００
   ０μｍの樹脂層を被着させたことを特徴とするマグネッ
   トロール。
2. 【請求項２】 被着させた樹脂層を軸基準にて外周研磨
   したことを特徴とする請求項１記載のマグネットロー
   ル。